دروس جافاسكريبت بالعربي _ الحلقة ١

المتطلبات الأساسية لمنظومة الحماية 

مقدمة

إن توصيل الطاقة الكهربائية للمنشأت الصناعية و التجارية لابد أن يتم بطريقة آمنة و يعتمد عليها ، و من أهم الإعتبارات فى تصميم نظم الكهرباء هو التحكم فى الأعطال أو تيارات القصر و ذلك لأن تيار القصر الغير متحكم به من الممكن أن يتسبب فى إنقطاع دائم للتيار بالإضافة إلى تدمير كبير للمعدات غالية الثمن أو إصابة للافراد المتعاملين مع الشبكة الكهربائية بالاضافة الى خطورة إندلاع الحرائق، و فى منظومة القوى الكهربية لابد أن يتم تقليل أعطالها بقدر المستطاع و يحدث ذلك بالتصميم السليم و التركيب الجيد و الصيانة المستمرة، و بالرغم من ذلك فان الاعطال تحدث و ذلك لاسباب مختلفة فمثلا قد يحدث كسر فى أحد الموصلات أو تقادم العوازل dielectric deterioration  او تراكم الرطوبة و غيرها، هناك العديد من الاعراض المصاحبة لحدوث العطل و هي:

1.  الشرارة و الحريق من الممكن ان يحدث فى مكان العطل.

2.  تيار العطل يمر من عدة مصادر إلى مكان العطل.

3.  كل المهمات التى يمر بها تيار العطل تتعرض لضغوط حرارية وميكانيكية عالية.

4.  ينخفض الجهد بشكل كبير يتناسب مع قيمة تيار العطل و يكون أكبر إنخفاض عند مكان العطل نفسة.

لابد من عزل العطل عن بقية الشبكة بأكبر سرعة و هذه هى المهمة الرئيسية لأجهزة الوقاية لذلك فهذه الاجهزة لابد ان يكون لها القدرة على فصل أكبر تيار عطل ممكن أن يمر فى عطل يقع فى منطقة جهاز الوقاية و لذلك لابد من عمل حسابات لتيار القصر لكى يتم أختيار الاجهزة المناسبة و فى الغالب تكون حساب تيار القصر على عطل على الثلاث اوجة بالرغم من قلة حدوث هذا النوع من الأعطال الا أن هذا العطل يسبب أكبر تيار قصر ممكن أن يحدث و لذلك يتم الحساب عليه فى التصميمات.

مهام منظومة الوقاية

منظومة الوقاية لها ثلاث مهام أساسية وهي:

1.  إستمرار التغذية الكهربية للنظام ككل و ذلك لضمان استقرار النظام الكهربى.

2.  تقليل حجم الدمار و تقليل تكلفة الإصلاح لأقصى درجة ممكنة عند الإحساس بالاعطال الكهربائية.

3.  ضمان حماية الأفراد المتعاملين مع الشبكة الكهربائية.

هذه المتطلبات ضرورية أولاً باكتشاف و تحديد مكان الجزء العاطل ثم سرعة تحديد المهمة العاطلة و عزلها خارج الخدمة، ولكي يتم تنفيذ هذه المهام لابد أن تتمتع منظومة الوقاية بمجموعة من المؤهلات وهي: الانتقائية selectivity، الاستقرار stability، الحساسية sensitivity، السرعة، الاعتمادية reliability و غيرها من المتطلبات اللازمة لمنظومة وقاية ناجحة و هذا ما سنناقشة بالمزيد من التفصيل.

عمل منظومة الوقاية الكهربائية

تتكون الشبكة الكهربائية من مجموعة من العناصر منها المولد الكهربائي و المحول و الكابلات الأرضية و الخطوط الهوائية و قضبان التوصيل…. إلخ، كل عنصر من هذه العناصر يتم عمل منظومة حماية مناسبة له و تكون هي الوقاية الرئيسية له main protection، و لكن هذه العناصر لا تعمل منفردة و إنما هي جزء من شبكة كهربائية لذلك يتم التنسيق بين منظومات الحماية المختلفة فيما يسمي ب protective scheme، و هنا يظهر مفهوم آخر و هو مناطق الحماية protective zone حيث يتم تقسيم الشبكة الكهربائية إلى مناطق حماية يكون فيها منظومة وقاية رئيسية مسئولة عن إكتشاف و تحديد الأعطال و إرسال إشارة الفصل trip signal إلى القاطع، أيضا تعمل داخل منطقة الحماية نظم وقاية احتياطية backup protection تعمل في حالة فشل المنظومة الرئيسية في العمل في الوقت المناسب، هذه المنظومات الاحتياطية هي في الواقع منظومة أساسية لكن في منطقة الحماية السابقة لها بناءً علي إتجاه التغذية و بذلك فإن تيار العطل قد مر بها و هنا يأتي دور التنسيق بين منظومات الوقاية.

تتداخل مناطق الحماية فيما بينها protective zone overlap و نتيجة لهذا التداخل يظهر كما سبق و أشرنا أن يشعر بالعطل أكثر من جهاز وقاية و هنا لابد أن يميز discrimination كل جهاز وقاية نوع العطل فإن كان واقع داخل منطقة الحماية الخاصة به فهو بذلك حماية رئيسية و بذلك عليه إرسال إشارة الفصل للقاطع أم أن العطل واقع داخل منطقة حماية لجهاز آخر فعليه الإنتظار حتي يعمل جهاز الوقاية الرئيسي و إذا لم يعمل يقوم هو بالفصل و يسمي هذا بالتنسيق الزمني حيث يتم عمل تأخير زمني time delay بين أجهزة الوقاية الرئيسية و الاحتياطية، أيضا التمييز المطلوب في جهاز الوقاية يتضمن شكل آخر فلابد أن يكون جهاز الوقاية قادر علي التفرقة بين العطل الحقيقي true fault و العطل العابر transient fault او تيارات البدء inrush current في المحولات أو المحركات التي تكون كبيرة أو التغير في الأحمال، فكل هذه الحالات لا تعتبر أعطال حقيقية و علي جهاز الوقاية التمييز بينها و لا يتم الفصل الا في حالة العطل الحقيقي فقط.

مثال علي شبكة

تعريفات هامة

الشكل يوضح مناطق الحماية zone protection 

1. مناطق الحماية zone protection


يتم تقسيم المنظومة الكهربية الى مجموعة من المناطق مثل المولدات و المحولات و قضبان التوصيل و خطوط النقل و كل منطقة لها واحده أو أكثر من نظم الحماية التي يتم التنسيق بينها و تكون عمليا مناطق الحماية متاقطعة فيما بينها.

2. الاعتمادية Reliability

فى حالة حدوث عطل فى منطقة حماية معينة فعلى منظومة الوقاية الخاصة بهذه المنطقة إرسال إشارة الفصل trip signal لقواطع التيار المناسبة اللازمة لعزل هذه المنطقة – و هذه المنطقة فقط – عن كل مصادر التغذية، و إذا لم تقم بعمل ذلك فيطلق عليها mal-operation أو تشغيل خاطئ.

3. التمييز Discrimination

و يعنى ذلك أن منظومة الوقاية قادرة على التفرقة بين عطل داخل منطقة الحماية الخاصة بها internal fault و عطل خارجى فى منطقة أخرى، فالوقاية السليمة عليها أن تعمل فى حالة العطل الداخلى و لكن لا تعمل فى حالة العطل الخارجى أو لتيار حمل. 

4. الوقاية الرئيسية Main protection

و هى منظومة الوقاية التى يتوقع أن تعمل فى حالة حدوث عطل داخلى. 

5. الوقاية الاحتياطية Back-up protection

وهو نظام الوقاية الثانى الذى يعوض الوقاية الرئيسية فى حالة فشلها عن العمل فى الوقت المناسب و هو فى الغالب نظام أرخص و أبطأ و نقاط التوصيل لدائرة الفصل الخاصة به تكون متصلة على التوازى مع الوقاية الرئسية، أيضا التقاطع بين مناطق الحماية يمكن أن يقدم وقاية احتياطية بمعنى ان الوقاية الاساسية فى منطقة معينة من الممكن أن تكون وقاية احتياطية فى منطقة أخرى. 

6. وقاية تأكيدية Check Protection

و هى منظومة وقاية يكون فيها نقاط توصيل دائرة الفصل متصلة على التوالى مع الوقاية الاساسية و بذلك تمثل حماية ضد فشل المنظومة الاساسية و الاحتياطية و تستخدم فى حالة كون عمل نظام الوقاية فى غاية الاهمية مثل حماية قضبان التوصيل فى محطة توليد رئيسية. 

7. الحساسية Sensitivity

يقال على نظام الوقاية أنه نظام حساس فى حالة أنه يعمل لوجود عطل صغير جداً فى منطقة الحماية الخاص به، مثال على ذلك سقوط خط نقل Overhead على أرض جافة ففى هذه الحالة يكون تيار العطل صغير و يصعب اكتشافه. 

8. الأستقرار Stability

يقال على منظومة الوقاية مستقرة حينما لا تعمل فى حالة وجود عطل خارجى كبير، ففى بعض المواصفات قد يتطلب الاستقرار حتى 20 ضعف التيار الابتدائي المقنن لمحولات التيار. 

9. الكميات المميزة او المخصصة Characteristic Quantity

و هى الكمية الكهربية أو غير كهربية المميزة لجاز الوقاية لكي يعمل فمثلا التيار هو الكمية المميزه لجهاز زيادة التيار over current relay لكى يعمل أو مثلا الزمن هو الكمية المميزة لجهاز التأخير الزمنى time-lag relay لكى يعمل و هكذا.

10. كمية أو قيمة التشغيل Energizing Quantity

هي أقل قيمة للكمية المميزة characteristic quantity التى تجعل جهاز الوقاية يعمل.  

11. القيمة المقننة لجهاز الوقاية Rated value

و هى قيمة الكمية الكهربية و التى يعمل جهاز الوقاية على اساسها و هى فى الغالب القيمة المقننة للتيار الثانوى لمحولات التيار و القمية المقننة للجهد الثانوى لمحولات الجهد المتصل بجهاز الوقاية. 

12. قيمة الضبط Setting value

و هى القيمة الاسمية من الكمية المميزة المكتوبة على لوحة بيان جهاز الوقاية و عندها يعمل جهاز الوقاية و هى اما نسبة من القيمة المقننة (75% من 5 امبير)او مضروب فيها (5 اضعاف القيمة المقننة)او قيمة محددة. 

13. زمن التشغيل Operating time

و هو الزمن النقضى بين تحقق قيمة معينة من الكمية الكهربية energizing quantity و بداية عمل جهاز الوقاية.